臨近既有地鐵的異形深基坑支護設計與施工

陳 雨 蒙

(中鐵四院集團西南勘察設計有限公司，云南 昆明 650200)

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臨近既有地鐵的異形深基坑支護設計與施工

陳 雨 蒙

(中鐵四院集團西南勘察設計有限公司，云南 昆明 650200)

結合昆明地鐵線網控制中心項目的周邊環(huán)境條件，從分期開挖、加固措施、設置板撐、基坑降水等方面，闡述了深基坑施工方案，并介紹了圍護結構及支撐體系設計方法，通過現場監(jiān)測結果表明，該基坑與周邊建(構)筑物的變形均在可控范圍內。

深基坑，既有地鐵線，圍護結構，支撐體系

1 工程概況

昆明地鐵線網控制中心(以下簡稱OCC)位于昆明市環(huán)城北路及北京路交叉口東北象限內，地鐵2號線昆明北站東南側。線網控制中心基坑深度16.5 m～18 m，基坑圍護結構外側距離已經運營的地鐵2號線區(qū)間隧道最小距離5.4 m；距昆明北站風亭最小距離0.57 m；基坑東側及南側被住宅樓、教學樓、酒店建筑緊緊包圍，距離臨近建筑物凈距約8 m～10 m，距10 kV綜合管廊凈距2.9 m，周圍環(huán)境十分復雜。同時，還存在基坑形狀不規(guī)則，施工場地不足等制約因素(見圖1)。

2 圍護結構設計概況

基坑深度范圍內從上往下依次分布有人工填土、粉質粘土、圓礫土、粉土及細砂等土層，以圓礫土為主，層底埋深多在20 m以內，地下室基底位于圓礫土。地下水位為地面以下2 m。

基坑的支護采用800厚地下連續(xù)墻+內支撐形式，基坑深度為16.5 m～18 m，連續(xù)墻嵌入深度為14 m，局部15 m，插入比約為0.85，基坑等級為一級[1-3]。

結合本基坑的特點及塔樓的位置，基坑水平支撐體系采用桁架混凝土支撐，主力支撐采用對撐及角部斜對撐的布置形式，同時留出塔樓核心筒位置，使不影響主塔樓核心筒的結構施工，縮短整體工期。

3 深基坑施工方案

由于OCC基坑圍護距離正在通車運營的地鐵2號線區(qū)間隧道最近凈距5.4 m，距昆明北站站風亭最近凈距0.57 m，距臨近建筑物凈距均在8 m～10 m左右，距10 kV綜合管廊凈距2.9 m。

因此，基坑的支護設計，應充分考慮對既有地鐵線及臨近建筑物的保護，具體保護思路有以下幾點。

3.1 分期開挖

因基坑環(huán)境復雜，變形要求嚴格，且基坑異形，為了保證支撐系統受力均勻，控制基坑開挖對既有地鐵隧道的影響，經評估分析，本工程基坑采用分期施工方案，即先施工遠離地鐵的大基坑(一期)，待大基坑地下室施工完成后再對小基坑(二期)進行開挖。

3.2 加固措施

基坑距離既有地鐵線過近，距車站風亭最小凈距僅0.57 m，為了控制基坑開挖對既有地鐵隧道及車站結構的影響，需對基坑與地鐵結構之間的土體進行加固保護，保護的原則為盡量減小對原狀土體的破壞，增加土體的強度及變形模量，同時對土體起到一定的穩(wěn)定作用。根據地質條件及現場條件，在距離風亭最近的位置處進行袖閥管預先注漿加固，距離風亭及區(qū)間較近位置處設置袖閥管，根據后續(xù)施工情況再確定是否跟蹤注漿。

3.3 設置板撐

OCC基坑距既有地鐵過近，場地有限、基坑異形且在多處形成大陽角等，因此，應增加支撐體系的水平剛度，控制基坑變形及對既有地鐵線的影響，綜合考慮第一道支撐體系在距離地鐵較近處及陽角位置設置板撐以增加支撐體系的水平剛度，有效控制變形。同時可兼做棧橋板，解決因場地緊張所帶來的施工組織問題。

3.4 基坑降水方案

基坑開挖影響范圍內的地層主要為粉質粘土及圓礫土層，采用坑內降水，同時起到疏干土體的作用；采用φ600管井降水，基坑內降水井200 m2布置一個，降水井深度為基底以下6 m，基坑施工期間保持坑內水位在開挖面以下1 m。由于本基坑面積大，降水影響范圍大，而地下水位的變化會引起地鐵隧道結構受力的變化，降水亦對沉降有一定的影響，因此基坑開挖降水期間，在基坑外設立一定的回灌井，盡量減小坑內降水對地鐵結構及周邊建筑物的影響。

3.5 預留反壓土體并調倉施工

OCC基坑圍護距2號線昆明北站站風亭凈距0.57 m～0.88 m處距離過小，經過數值模擬分析，2號風亭沉降傾斜等均滿足規(guī)范要求，但豎向附加位移為17.9 mm，接近控制值20 mm，因此，設計考慮開挖時預留反壓土體，分段調倉開挖，減小OCC深基坑開挖卸荷對2號風亭的沉降變形影響(見圖2)。

3.6 施工組織

OCC基坑施工時，在基坑北側靠近長壽路處設置圍擋出入口，運土車等施工車輛嚴禁載重從靠近地鐵一側通行，均從基坑南側及通過棧橋板行駛往基坑北側出入口通行。

4 圍護結構及支撐體系設計

4.1 圍護結構的設計

OCC屬于深基坑工程，周邊建(構)筑物距離基坑較近，正在運營的地鐵2號線緊鄰基坑，且基坑范圍內土層多為圓礫土，滲透系數大，此處地下水豐富，因此，綜合比較并根據彈性地基梁法經過計算，本基坑采用800 mm厚地下連續(xù)墻加三道內支撐的圍護結構形式，基坑深度為16.5 m～18 m，連續(xù)墻嵌入深度為14 m/15 m，插入比約為0.85。

4.2 水平內支撐體系設計

因二期基坑規(guī)則簡單，因此主要介紹一期基坑支撐的設計，OCC一期基坑為在多處形成大陽角的異形基坑，且周邊建(構)筑物復雜，因此，本工程選用剛度大且布置靈活的現澆混凝土桁架支撐體系。除采用對撐和斜對撐組合的桁架支撐體系外，為了控制基坑變形，同時解決場地緊張帶來的施工組織問題，除第一道支撐處設置大棧橋板兼做板撐外，二、三道支撐在局部位置亦設置板撐，增加支撐系統剛度，同時可兼做施工堆料場地及部分垂直運輸中轉場地。經過對桁架體系的反復計算并優(yōu)化調整，支撐平面布置圖如圖3所示。

4.3 立柱設計

結合支撐設計，支撐體系豎向需設置立柱，非板撐區(qū)域立柱設計與平常立柱設計無異，均采用型鋼組合焊接拼接而成的格構柱作為豎向支撐，但因本基坑支護設計了較多的棧橋和板撐，支撐體系也較為復雜，部分區(qū)域立柱承受了較大的荷載，又不能無限增加格構柱斷面尺寸。因此，在設計過程中，特采用了一種臨時型鋼格構柱灌芯裝置，即在不增加組合型鋼尺寸以及樁基礎的前提下，將空心型鋼格構柱進行灌芯，形成一種實心的組合型鋼格構柱，大大提高格構柱的抗彎、抗剪及抗扭能力(如圖4所示)。

4.4 三維檢算

為了確保設計的合理性，設計同時進行了三維檢算，經計算，地連墻最大位移20.5 mm，迎土側最大彎矩為1 255 kN·m，背土側最大彎矩為814.7 kN·m，支撐最大軸力為9 108 kN，與二維計算結果差別不大，基本一致(見圖5)。

5 現場監(jiān)測

基坑開挖期間對基坑變形、地鐵及臨近建(構)筑物的沉降等進行了緊密監(jiān)測。

靠近2號風亭地連墻位移最大值20.57 mm，接近控制值21 mm，出現在靠近2號風亭基坑陽角處地下室底板澆筑完成后拆除第三道支撐時，主要原因為施工時先澆筑底板后架設后澆帶換撐導致換撐不能有效頂緊，經過之后的工序調整，后澆帶換撐受力且變形協調之后此處位移逐漸減小至19.29 mm，并趨于穩(wěn)定。

臨近建筑最大沉降出現在公交住宅樓處，最大沉降值8.4 mm，大于控制值7 mm，但后續(xù)沉降未再繼續(xù)增加，傾斜值0.56‰，小于控制值2‰。

地鐵車站2號風亭最大沉降值5.4 mm，小于控制值20 mm，傾斜值0.36‰，小于控制值2‰；地鐵隧道最大沉降6.4 mm，小于控制值15 mm；隧道收斂值-2.7 mm，小于控制值10 mm；軌距累計變化最大值3.8 mm，小于控制值-2 mm～+6 mm；軌道水平變形最大值2.2 mm，小于控制值3 mm。

6 結語

昆明市地鐵線網控制中心深基坑圍護結構外側距離已經運營的地鐵2號線區(qū)間隧道最小距離5.4 m；距昆明北站風亭最小距離0.57 m；臨近建筑物密集，基坑形狀不規(guī)則，環(huán)境復雜。基坑設計采用800 mm地連墻加三道鋼筋混凝土桁架內支撐的支護結構，一期基坑已經安全開挖并順利回筑完成地下室結構。監(jiān)測數據顯示，基坑變形，地鐵沉降變形、周邊建(構)筑物沉降等均在可控范圍，且工程的實施未影響既有地鐵2號線的正常運營及臨近建(構)筑物的正常使用。

臨近既有地鐵線及建(構)筑物較多的復雜異形深基坑設計，除了采取直接的保護措施之外，還應在基坑支護設計中融入對既有地鐵線及既有建(構)筑物的保護理念，將基坑開挖對其的影響降低到最小。昆明OCC基坑設計過程中采取的基坑分期開挖、袖閥管注漿加固、設置板撐提高支撐體系剛度、預留反壓土體、設置回灌井、根據基坑及支撐體系特點設計合理的開挖及拆撐順序等措施對于減小基坑開挖對既有地鐵的影響起到了很好的效果。

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The support design and construction of special deep foundation pit of adjacent existing subway

Chen Yumeng

(SouthwestSurveyDesignLimitedCompany,ChinaRailwayFourthGroup,Kunming650200,China)

Combining with the surrounding environmental conditions of Kunming subway network control center project, from the stage excavation, reinforcement measures, board and support setting, foundation pit precipitation and other aspects, elaborated the deep foundation pit construction scheme, and introduced the retaining structure and support system design method, through the on-site monitoring results showed that the foundation pit and surrounding building(structure) deformation structures both in controllable range.

deep foundation pit, existing subway line, retaining structure, support system

1009-6825(2017)06-0100-03

2016-12-13

陳雨蒙(1986- )，女，工程師

TU463

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